Pouvez-vous imaginer un disque dur d’ordinateur portable de la taille d’un grain de riz ? Skyrmion, une mystérieuse structure de quasiparticules dans le champ magnétique, pourrait faire de cette idée apparemment impensable une réalité, avec plus d'espace de stockage et des taux de transfert de données plus rapides pour ce « grain de riz ». Alors, comment observer cette étrange structure de particules ? Le CIQTEK Quantum Diamond Atomic Le microscope à force (QDAFM), basé sur le centre de vacance d'azote (NV) en imagerie à balayage diamant et AFM, peut vous donner la réponse. Qu'est-ce que Skyrmion Avec le développement rapide des circuits intégrés à grande échelle, le processus de puce à l'échelle nanométrique, l'effet quantique est progressivement mis en évidence et la « loi de Moore » a rencontré des limites physiques. Dans le même temps, avec une telle densité de composants électroniques intégrés sur la puce, le problème de la dissipation thermique est devenu un défi de taille. Les gens ont un besoin urgent d'une nouvelle technologie pour surmonter les goulots d'étranglement et promouvoir le développement durable des circuits intégrés. Les dispositifs spintroniques peuvent atteindre une plus grande efficacité dans le stockage, le transfert et le traitement des informations en exploitant les propriétés de spin des électrons, ce qui constitue un moyen important de résoudre le dilemme ci-dessus. Ces dernières années, les propriétés topologiques des structures magnétiques et leurs applications associées devraient devenir les supports d'informations des dispositifs spintroniques de nouvelle génération, qui constituent l'un des points chauds de la recherche actuelle dans ce domaine. Le skyrmion (ci-après appelé skyrmion magnétique) est une structure de spin topologiquement protégée avec des propriétés de quasi-particules, et en tant que type particulier de paroi de domaine magnétique, sa structure est une distribution de magnétisation avec des vortex. Semblable au mur du domaine magnétique, il existe également un retournement de moment magnétique dans le skyrmion, mais contrairement au mur de domaine, le skyrmion est une structure vortex, et son retournement de moment magnétique se fait du centre vers l'extérieur, et les plus courants sont de type Bloch. skyrmions et skyrmions de type Neel. Figure 1 : Diagramme schématique de la structure du skyrmion. (a) Skyrmions de type Neel (b) Skyrmions de type Bloch Le skyrmion est un support d'informations naturel doté de propriétés supérieures telles qu'une manipulation facile, une stabilité facile, une petite taille et une vitesse de conduite rapide. Par conséquent, les appareils électroniques basés sur les skyrmions devraient répondre aux exigences de performances des futurs appareils en termes de capacité non volatile, élevée, de vitesse élevée et de faible consommation d'énergie. Quelles sont les applications des Skyrmions Mémoire d...
Voir plusSaviez-vous que la lumière peut créer du son ? À la fin du XIXe siècle, le scientifique Alexander Graham Bell (considéré comme l'un des inventeurs du téléphone) a découvert le phénomène selon lequel des matériaux produisent des ondes sonores après avoir absorbé l'énergie lumineuse, connu sous le nom d'effet photoacoustique. Alexander Graham Bell Source de l’image : Technologie Sina Après les années 1960, avec le développement de la technologie de détection des signaux faibles, des microphones très sensibles et des microphones piézoélectriques en céramique sont apparus. Les scientifiques ont développé une nouvelle technique d'analyse spectroscopique basée sur l'effet photoacoustique - la spectroscopie photoacoustique, qui peut être utilisée pour détecter les substances des échantillons et leurs propriétés thermiques spectroscopiques, devenant ainsi un outil puissant pour la recherche physicochimique sur les composés inorganiques et organiques, les semi-conducteurs, les métaux et les matériaux polymères. , etc. Comment faire en sorte que la lumière crée du son ? Comme le montre la figure ci-dessous, une source de lumière modulée par un monochromateur, ou une lumière pulsée telle qu'un laser pulsé, arrive sur une cellule photoacoustique. Le matériau à mesurer dans la cellule photoacoustique absorbe l'énergie lumineuse et le taux d'absorption varie en fonction de la longueur d'onde de la lumière incidente et du matériau. Cela est dû aux différents niveaux d'énergie des molécules atomiques constituées dans les différents matériaux, et le taux d'absorption de la lumière par le matériau augmente lorsque la fréquence ν de la lumière incidente est proche du niveau d'énergie hν. Les molécules atomiques qui sautent vers des niveaux d’énergie plus élevés après avoir absorbé la lumière ne restent pas aux niveaux d’énergie plus élevés ; au lieu de cela, ils ont tendance à libérer de l'énergie et à se détendre jusqu'à l'état fondamental le plus bas, où l'énergie libérée apparaît souvent sous forme d'énergie thermique et provoque une dilatation thermique et un changement de volume du matériau. Lorsque l’on restreint le volume d’un matériau, par exemple en le plaçant dans une cellule photoacoustique, son expansion entraîne des changements de pression. Après avoir appliqué une modulation périodique à l’intensité de la lumière incidente, la température, le volume et la pression du matériau changent également périodiquement, ce qui entraîne une onde mécanique détectable. Cette oscillation peut être détectée par un microphone sensible ou un microphone piézoélectrique en céramique, c'est ce que nous appelons un signal photoacoustique. Schéma de principe Comment un amplificateur lock-in mesure-t-il les signaux photoacoustiques ? En résumé, le signal photoacoustique est généré par un signal de pression beaucoup plus petit converti à partir d'une très petite chaleur (libérée par relaxation atomique ou moléculai...
Voir plusLe paléomagnétisme est une discipline interdisciplinaire entre géologie, physique et géophysique. Le paléomagnétisme étudie généralement la direction et la force du champ magnétique terrestre, le lancement planétaire et son évolution au cours des périodes géologiques en mesurant l'intensité de magnétisation résiduelle naturelle des roches ou des artefacts anciens. Les roches sont une combinaison de minéraux naturels et leur magnétisme résiduel provient généralement des minéraux ferromagnétiques contenus dans les roches, contenant un magnétisme rémanent primaire et secondaire. Le magnétisme dit primaire rémanent fait référence aux informations sur le champ géomagnétique enregistrées lors de la formation des roches. En revanche, le magnétisme résiduel obtenu après la formation des roches est appelé rémanence secondaire, comme celui obtenu par les roches sous l'action de champs magnétiques externes (par exemple, les coups de foudre naturels, l'érosion par l'eau courante et le sable). Puisque le paléomagnétisme étudie les caractéristiques du champ géomagnétique au moment de la formation des roches, une mesure précise du magnétisme rémanent primaire devient un outil de recherche important. Actuellement, le magnétisme des roches est analysé en mesurant le moment magnétique net de grands échantillons de taille millimétrique à centimétrique. Les instruments courants d’analyse scientifique comprennent les pétrographes supraconducteurs et les magnétomètres à échantillons vibrants. Cependant, à l’échelle submicronique, les échantillons géologiques sont généralement inhomogènes en termes de minéralogie et de texture, avec seulement une petite fraction de particules ferromagnétiques portant une magnétisation résiduelle. Par conséquent, caractériser le magnétisme des roches dans ce contexte nécessite une technique capable d’imager les champs magnétiques à l’échelle nanométrique de l’espace et avec une sensibilité élevée. Par exemple, la microscopie supraconductrice à balayage (SQUID), la microscopie magnétorésistive et la microscopie Hall, qui sont largement utilisées, en sont des exemples. (a) Microscopie quantique du diamant à l'Université Harvard (b) Mesure de l'aimantation résiduelle dans des échantillons géologiques En 2011, des chercheurs ont démontré que les noyaux chromatiques à lacunes d'azote (noyaux chromatiques NV en abrégé) dans le diamant pouvaient être utilisés pour l'imagerie magnétique à l'échelle submicronique. En 2017, RL Walsworth et al. à l'Université Harvard a utilisé un microscope à diamant quantique auto-construit basé sur des noyaux chromatiques NV pour obtenir une imagerie des champs magnétiques des roches avec une résolution spatiale métrique de 5 um et une plage de champ de vision de 4 mm. En réduisant la distance entre le diamant et l'échantillon (≤10 um), une sensibilité au moment magnétique de 10 -16 Am 2 a été obtenue, ce qui est comparable et dépasse même les équipements traditionn...
Voir plusLa détection et la modulation d'états quantiques uniques et la technologie d'imagerie à l'échelle moléculaire sont des orientations importantes dans le développement d'instruments de spectroscopie de précision. Grâce à l'exploration approfondie de la technologie de détection magnétique, CIQTEK a produit et développé indépendamment une spectroscopie à spin unique de diamant quantique, basée sur la technologie spectroscopique du système de lacune à l'azote dans le diamant dopé, qui a un instinct de détection magnétique très élevé et a une application large et importante. perspectives dans différentes disciplines telles que la physique, la chimie, la biologie, les matériaux et la médecine [1-11]. Développement de la technologie de magnétométrie Figure 1 : Comparaison des indicateurs de différentes techniques de magnétométrie La technologie de résonance magnétique de spin est de loin l’une des techniques conventionnelles les plus développées et les plus utilisées. Les spectromètres liés à la détection magnétique ont une longue histoire de développement et il existe différentes méthodes pour réaliser une détection par résonance magnétique qui présentent leurs propres avantages et inconvénients. La figure 1 visualise la répartition de plusieurs moyens techniques généraux tels que les capteurs Hall, les détecteurs SQUID et la résonance magnétique de spin en termes de sensibilité et de résolution [12]. Par rapport aux techniques de magnétométrie conventionnelles, la méthode de résonance magnétique basée sur le diamant présente une amélioration considérable dans les deux paramètres de base, ce qui constitue une référence solide pour le développement d'une spectroscopie à spin unique de diamant quantique. Les capteurs à effet Hall sont couramment utilisés dans les mesures de champ magnétique en laboratoire depuis les années 1950. Ces détecteurs sont basés sur l'effet Hall pour les mesures directes des champs magnétiques externes [13]. Lorsque la direction du champ magnétique est différente de la direction du courant dans la boucle, les électrons du conducteur sont déviés en raison de la force de Lorentz et une différence de potentiel est générée, à travers laquelle l'amplitude du champ magnétique est directement mesurée. . Les sondes de champ magnétique sont principalement constituées de cristaux semi-conducteurs pouvant être transformés en circuits intégrés monolithiques, résistants aux chocs et faciles à utiliser, mais pas assez précis. L'interféromètre quantique supraconducteur (SQUID) est un capteur de flux magnétique basé sur les jonctions Josephson [14], qui peut mesurer de faibles signaux magnétiques en utilisant la variation de la tension aux bornes de la jonction Josephson avec le flux magnétique externe en boucle fermée. Dans les années 1960, Robert et coll. développé avec succès SQUID. De telles techniques de magnétométrie ont une sensibilité de détection magnétique élevée, mais l'instrument do...
Voir plusEn général, plus la mémoire d’une personne est bonne, plus elle peut intégrer et traiter d’informations. En informatique quantique, plus un bit quantique peut « se souvenir » d’un état quantique longtemps, plus il peut effectuer de calculs. La « mémoire » de l’informatique quantique peut être assimilée au temps de cohérence. Qu’est-ce que le temps de cohérence ? Le temps de cohérence est un indicateur important de la qualité d'un bit quantique, il représente la durée pendant laquelle un bit quantique peut rester dans un état de superposition, plus le temps de cohérence est long, plus un ordinateur quantique peut effectuer de calculs. En termes simples, le temps de cohérence est aussi le « temps de travail » qu’un ordinateur quantique peut utiliser pour le calcul. Actuellement, l’informatique quantique à pièges à ions présente un net avantage dans la réalisation d’une cohérence à long terme. Quelle est la difficulté de la cohérence longue ? Les bits quantiques dans la plupart des voies informatiques quantiques sont très sensibles aux interférences de l'environnement environnant (température, bruit et même rayons cosmiques), et essayer de maintenir leur superposition et leur intrication pendant de longues périodes est aussi difficile que d'essayer de conserver un groupe de bits quantiques. chatons actifs en ligne. Créer le bit quantique idéal est également un défi car il existe des limitations physiques, telles que la nature des matériaux et le processus de fabrication, qui peuvent conduire à des bits quantiques imparfaits. C'est comme la présence d'un chat actif, voire d'un chien, au milieu d'un groupe de chats bien élevés, ce qui peut grandement affecter le temps de cohérence. T1 et T2, indicateurs technologiques clés en informatique quantique Lorsque nous explorons le temps de cohérence en informatique quantique, nous nous concentrons souvent sur deux paramètres : le temps T1 et le temps T2 (T1 Time et T2 Time). Il s’agit de différentes manières de déterminer la durée de fonctionnement d’un bit quantique. Le temps T1 détermine la durée pendant laquelle vous pouvez distinguer l'état 1 de l'état 0 d'un bit quantique. Lorsqu'un bit quantique est excité jusqu'à un niveau d'énergie élevé (état excité), similaire à un bit classique allant de 0 à 1. Dans un bit classique, l'état 1 peut être maintenu relativement facilement, mais dans un bit quantique il reviendra à un état d'énergie inférieur dans un certain laps de temps. Cette fois-ci, c'est le temps de la relaxation énergétique. Pendant le temps T1, un bit quantique passe d'un état d'énergie élevée à un état d'énergie plus faible, c'est-à-dire qu'il passe de 1 à 0. Cela signifie que le bit quantique perd les informations qu'il transporte. Le temps T2, quant à lui, représente le temps nécessaire pour pouvoir maintenir l'information de phase dans l'état de superposition ; si le temps T2 est court, l'état de superposition de bits peut évoluer vers un autre état de superposition voire ...
Voir plusQu’est-ce qu’un matériau antiferromagnétique ? Figure 1 : Disposition des moments magnétiques dans les antiferromagnétiques Les propriétés courantes du fer sont le ferromagnétisme, la ferroélectricité et la ferroélasticité. Les matériaux possédant simultanément deux ou plusieurs propriétés du fer sont appelés matériaux multiferroïques. Les multiferroïques ont généralement de fortes propriétés de couplage du fer, c'est-à-dire qu'une propriété du fer du matériau peut moduler une autre propriété du fer, par exemple en utilisant un champ électrique appliqué pour moduler les propriétés ferroélectriques du matériau et ainsi affecter les propriétés ferromagnétiques du matériau. De tels matériaux multiferroïques devraient constituer la prochaine génération de dispositifs électroniques de spin. Parmi eux, les matériaux antiferromagnétiques ont été largement étudiés car ils présentent une bonne robustesse au champ magnétique appliqué. L'antiferromagnétisme est une propriété magnétique d'un matériau dans lequel les moments magnétiques sont disposés dans un ordre décalé antiparallèle et ne présentent pas de moment magnétique net macroscopique. Cet état magnétiquement ordonné est appelé antiferromagnétisme. À l’intérieur d’un matériau antiferromagnétique, les spins des électrons de valence adjacents ont tendance à être dans des directions opposées et aucun champ magnétique n’est généré. Les matériaux antiferromagnétiques sont relativement rares et la plupart d'entre eux n'existent qu'à basse température, comme les oxydes ferreux, les alliages de ferromanganèse, les alliages de nickel, les alliages de terres rares, les borures de terres rares, etc. Cependant, il existe également des matériaux antiferromagnétiques à température ambiante, comme BiFeO3, qui fait actuellement l'objet de recherches approfondies. Perspectives d'application des matériaux antiferromagnétiques La connaissance de l'antiferromagnétisme est principalement due au développement de la technologie de diffusion des neutrons permettant de « voir » l'agencement des spins dans les matériaux et ainsi confirmer l'existence de l'antiferromagnétisme. Peut-être que le prix Nobel de physique a incité les chercheurs à se concentrer sur les matériaux antiferromagnétiques et que la valeur de l'antiferromagnétisme a été progressivement explorée. Les matériaux antiferromagnétiques sont moins sensibles à l'ionisation et aux interférences du champ magnétique et ont des fréquences propres et des fréquences de transition d'état plusieurs ordres de grandeur supérieures à celles des matériaux ferromagnétiques typiques. L'ordre antiferromagnétique dans les semi-conducteurs est plus facilement observé que l'ordre ferromagnétique. Ces avantages font des matériaux antiferromagnétiques un matériau attractif pour la spintronique. La nouvelle génération de mémoire vive magnétique utilise des méthodes électriques pour écrire et lire des informations sur des ferromagnétiques,...
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